16

Лекция №3

Тема: Рассеивающие свойства радиолокационных объектов

Вопросы:

1. Общие сведения о радиолокационных объектах

2. Эффективная площадь рассеяния точечных объектов

3. Зондирующие радиолокационные сигналы

Вопрос №1

Электро­магнитная волна, падающая на объект, в зависимости от геометрических размеров и формы цели, структуры и материала ее поверх­ности, а также от характера ее перемещения относительно РЛС,вызывает вынужденные колебания свободных и связанных зарядов, синхронные с колебаниями падающего поля. Вынужденные колеба­ния зарядов создают вторичное поле внутри или вне тела. В резуль­тате этого энергия электромагнитной волны, падающей на цель, рассеивается во всех направлениях, в том числе и в направлении к радиолокационной станции. Приходящая в точку приема переиз­лученная волна представляет собой отраженный целью сигнал.

Радиолокационные цеди в зависимости от их геометричес­ких размеров делят на точечные и пространственно-распредвленные.

Точечной цельюназывается цель, которая в оконечном (выходном) устройстве РЛС дает единый, слитный сигнал, по которому невозможно судить о размерах цели и ее деталей. На обычном яркостном индикаторе РЛС такая цель в большинстве случаев дает отметку в виде светящейся точки, откуда и по­явилось название "точечная".

По характеру отражения радиоволн от точечных целей они могут быть разделены на элементарные и сложные.

К элементарным будем относить отражающие объекты простой геометрической формы: лист, шар, вибратор, уголковый отра­жатель.

К сложным целям относятся объекты, состоящие из большого числа элементарных отражателей. В частности, одна из основных радиолокационных целей - самолет - состоит из раз­личных поверхностей и деталей, одновременно участвующих в создании отраженного сигнала.

Пространственно-распределенные цели имеют размеры, большее, чем линей­ная разрешающая способность РЛС по одной, двум или трем коор­динатам. Распределенная цель фактически может быть разбита на ряд целей (по числу элементов разрешения), что невозмож­но для точечной цели. Пространственно-распределенные цели могут быть разде­лены на линейные, площадные и объемные.

Линейной целью назы­вается цель, длина которой ТЦ_а, превышает линейную разре­шающую способность РЛС хотя бы по одной из координат, а ши­рина ТЦ_b меньше любой из линейных разрешающих способностей.

К числу линейных радиолокационных целей относятся реки, побережья морей, линии электропередачи.

Площадной целью называется цель, два размера которой превышают линейные разрешающие способности РЛС по двум координатам, а высота ТЦ_С - меньше линейной разрешающей способности по углу места. Части земной поверхности представляют собой площадные цели.

Объемной целью называется цель, все размеры которой превышает линейные разрешающие способности РЛС, например дождевое облако или другие гидрометеоры, облако пассивных отражателей (диполей), выбрасываемых противником для дез­информации РЛС, являются обычно объемными распределенными целями.

Рис. I.3.1 иллюстрирует отметки точечной, линейной и площадной целей на экране индикатора РЛС.

Рис. I.3.1 Рис.I.3.2 Рис.I.3.3

Объемные цели при двумерной индикации превращаются в площадные. Таким образом, деление целей на точечные и рас­пределенные (линейные, площадные, объемные) базируется на соотно­шении между размерами цели и разрешающей спо­собностью РЛС. При отра­жении радиоволн от раз­личных объектов большое значение имеет также другое соотношение между размерами цели и длиной рабочей волны РДС. Здесь имеет смысл отметить три случая.

1 случай. Размеры объекта много меньше длины волны (ТЦ<<). Из-за малых размеров объекта имеет место слабая возбужденная волна, которая несколько искажает поле прямой волны вблизи самого объекта (дифракция радиоволны). Отраже­ние от объекта в направлении РЛС будет ничтожно малым, в связи, с чем объект, размеры которого значительно меньше дли­ны волны, не может являться радиолокационной целью.

2 случай. Размеры объекта соизмеримы с длиной волны (ТЦ  ). Это - случайрезонансного отражения, когда падаю­щая волна возбуждает в облучаемом объекте значительные токи, служащие источником интенсивной отраженной волны. Резонансным отражением обладает лента дипольного отражателя, длина кото­рой составляет около половины длины волны РЛС. Облако, состав­ленное из большого числа таких отражателей, дает интенсивный сигнал, засвечивающий экраны индикаторов и нарушающий работу автоматических оконечных устройств РЛС.

3 случай. Размеры объекта иного больше длины волны (ТЦ >>). Этот случай особенно важен для радиолокации, потону что подавляющее большинство радиолокационных целей, точечных я распределенных, удовлетворяют соотношению ТЦ >>. При наличии крупных (по сравнению с ) поверхностей отра­жение радиоволн по аналогии с оптический отражением сильно зависит от состояния отражающей поверхности, а именно от соотношения между ее неровностями р и длиной волны ). Шерохо­ватые поверхности дают диффузное, а гладкие - зеркальное от­ражение.

Если линейные размеры отражающей поверхности много боль­ше длины волны, а сама поверхность гладкая, то возникает зеркаль­ное отражение (рис. I.3.2). При этом угол падения радиолуча равен углу отра­жения, и волна вторичного излучения не возвращается к РЛС (за исключением случая нормального падения).

Если линейные размеры поверхности объекта велики по сравне­нию с длиной волны, а сама поверхность шероховатая, что имеет место диффузное отражение(рис.I.3.3). При этом благодаря различной ориен­тации элементов поверхности электромагнитные волны рассеивают­ся в различных направлениях, в том числе и в направлении на РЛС.

Диаграмма направленности отраженного излучения имеет вид сферы, касательной к отражающей поверхности. Это значит, что вследствие различной ориентации отдельных элементов шероховатой поверхности падающие электромагнитные волны отражаются во всех направлениях, в том числе и в направлении на РЛС. Поэтому экран индикатора РЛС в местах, соответствую­щих полю, пашне, лесу и другим аналогичным объектам с рас­сеянным (диффузный) отражением, оказывается в той или иной степени засвеченным отражениями, которые часто именуют отражениями от земли.

Кроме крайних случаев зеркального и диффузного отраже­ния наблюдаются промежуточные случаи, когда отражение остается в целом рассеянным, но имеется и преимущественное направление отражения, соответствующее оптическому закону зеркального отражения.

При расчете дальности РЛС необходимо знать отражающие свойства цели. В этом случае такой характеристикой цели является эффективная площадь рассеяния.

Эффективной площадью рассеяния цели (ЭПР), называют площадь поперечного сечения такого воображае­мого объекта, который рассеивает всю падающую на него мощность равномерно во все стороны, и при этом создает в месте расположения приемной антенны такой же сигнал, как и реальная цель.

Если плотность потока мощности облучающей цель волны РЛС П₁ (рис. I.3.4), то при ЭПР цели s_ц ею будет извлечена и изотропно рассеяная мощность .

При расстоянии от цели до РЛС равномR плотность потока мощности отраженного сигнала у антенны РЛС

. (I.3.1)

Отсюда ЭПР цели

. (I.3.2)

Из этой формулы следует, что ЭПР s_ц имеет размер­ность площади; она не зависит ни от интенсивности облучающей волны, ни от расстояния R, поскольку при увеличении П₁ пропорционально меняется П₂ и отношение П₂/П₁ сохраняется неизменным, а при увеличении R это отношение меняется обратно пропорционально R ².

ЭПР можно определить и путем измерения напряжен­ности электрического поля облучающей цель волны Е₁ и отраженной волны Е₂ в месте расположения РЛС:

. (I.3.3)

При этом считают, что поляризации прямой и отра­женной волн совпадают. В общем случае необходимо учитывать поляризационные характеристики антенны РЛС и объекта, а также среды распространения. В этом случае ЭПР записывают в виде матрицы

,

компоненты, которой равны

;;;.

Интенсивности прямой и отраженной волн, входящие в формулы для ЭПР, могут быть рассчитаны или найдены экспериментально.